Web网络传感器的远程数据采集系统设计 2011-07-29
2．1 连续数据采集的实现方法
由于HTTP是基于请求／响应模式的，客户端和服务端进行一次交互时，开始于客户提出的一个请求，并在服务器给出响应后结束。而一次交互只能得到一组数据，那么如何实现连续的数据采集呢? 一般有两种方法：即客户端牵引和建立TCP连接。
客户端牵引就是在网页中插入定时刷新功能，它的数量级为s，可以使用户看到数据的变化，但不能满足强实时性的要求，而且其中会漏掉一些中间的数据。
建立TCP连接就是通过在网页中嵌入ActiveX控件或JavaApplet小程序来增强客户机的功能。其中，ActiveX控件只能在windows环境下运行，而JavaApplet通用性强，可以实现跨平台操作。所以本系统采用JavaApplet来进行远程数据的实时采集。
2．2 Java Applet
Applet是用Java编写的，含有可视化内容的，并被嵌入Web页面中用来产生特殊页面效果的小程序，经常被用于增加网页多媒体效果，并使网页产生互动功能。
当用户访问带有Java Applet的网页时，Applet被下载到用户计算机上执行，但前提是用户使用的是支持Java的网络浏览器。由于Applet是在用户计算机上执行的，因此它的执行速度是不受网络宽带或者MODEM存取速度的限制，用户可以更好地查看网页上Applet产生的多媒体效果。
Applet必须将HTML的applet>和／applet>一对标记或者object>／object>嵌入到Web网页中，使用浏览器才能运行。在IE中用obje-ct>标签取代applet>标签，在Netscape 4使用embed>标签取代applet>，但是object>和embed>都必须遵循Java Plug-in中的格式。
3 实时数据采集的具体实现
3．1 硬件实现
嵌入式Web网络传感器的数据采集系统的硬件结构如图3所示。
ADuC832是ADI公司推出的混合信号单片微控制器，是真正意义上完整的数据采集系统芯片，是集数据转换电路、微控制器、闪存于一体的数据采集系统。它的主要特性有：8通道模拟I／O，247 ksps、12位ADC，2个12位(单调的)电压输出DAC片内温度传感器；62 KB片内闪速／电擦除程序存储器，4 KB片内闪速／电擦除数据存储器，2 304字节的片内数据RAM。
主芯片通过74LS138译码器来进行片选外部数据存储器KM62256，或者网卡控制器RTL8019AS。通过74HC573地址锁存器进行当前地址的锁存，使得输出端的状态不会随输入端的状态变化而变化，仅在有锁存信号时输入的状态被保存到输出，直到下一个锁存信号到来时才改变，也是为了实现地址的复用。
在主电路上主要设计了一个信号输入接口，用来接工业现场的4～20 mA信号的变送器；设计了一个RJ45的网口接口，通过网口可以直接接到Internet上，进行现场数据的上传和共享；还设计了RS485接口和RS232接口，作为工业现场特殊情况下的数据接入和处理。
现场传感器将采集的4～20 mA信号传送给信号调理板，将其信号转换为0～2．5 V的电压信号，然后通过ADuC832转换为数字量，再通过程序转换为相应的温度值，实时地将温度值显示在嵌有Java Applet的网页上。
3．2 软件实现
3．2．1 操作系统和协议栈的选用
在嵌入式Web服务器上，选用μC／OS-II作为嵌入式实时操作系统。它是一个可移植、可固化、可裁剪、抢占式的实时操作系统，比传统的前后台程序可靠性更高，效率更高。
TCP／IP是个协议簇，是诸多开放的协议的集合，但是单片机是个小型的微处理器，内部资源有限，因此必须要对协议进行裁剪。本系统采用精简的小型TCP／IP协议栈——μIP协议栈。μIP协议代码中包括了一些基本的通信协议：ARP协议、IP协议、ICMP协议和TCP协议，UDP协议、HTTP协议、Telnet协议、SMTP协议等。其中，ARP、IP、ICMP、TCP这4个协议就能实现网络连接和通信的最基本的功能，同时还能实现CGI技术。其应用层就是HTTP协议，采集数据嵌入在Web服务器网页中以网页的形式发布到Internet。
对于μC／OS-II和μIP的移植，详见参考文献。整个系统的软件结构如图4所示。
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